[0002] Bei Zuhaltungen ist es bekannt, vgl. z.B.
DE 103 39 363 A1, einen Stößel, der zwischen einer verriegelnden und einer entriegelten Endstellung
beweglich ist, zu verwenden, wobei eine Elektromagnetspule als Antrieb für den Stößel
und zum Halten von diesem in einer der Endstellungen dient. Eine Feder wird hierbei
als Rückstelleinrichtung für den Stößel in seine Ruhestellung verwendet, d.h. daß
die Elektromagnetspule den Stößel in dessen Arbeitsstellung durch entsprechende Bestromung
halten muß, wozu man zwar einen gegenüber dem Anzugsstrom verringerten Haltestrom
verwenden kann, jedoch muß zum Halten permanent der Haltestrom durch die Elektromagnetspule
fließen, was mit entsprechender Wärmeentwicklung verbunden ist.
[0005] Durch die Verwendung eines eine Elektromagneteinrichtung aufnehmenden Gehäuses aus
magnetisierbarem Material und eines in dem Gehäuse befindlichen Ankers, der an jeder
Stirnseite einen in seiner jeweiligen Endstellung mit dem Gehäuse in Magnetschluß
bringbaren Permanentmagneten trägt, die in der jeweiligen Endstellung des Ankers in
einem dafür vorgesehenen Gehäuse aus magnetisierbarem Material mit letzterem in Magnetschluß
stehen, ist es möglich, den Anker und damit den Stößel in der jeweiligen Endstellung
stabil und ohne Haltestrom zu halten, während ein entsprechend gerichteter Stromstoß
in den Spulen zur Verlagerung des Ankers und damit des Stößels von der einen in die
andere Endstellung bewirkt. Hierdurch ergibt sich aufgrund langer Ruhezeiten zwischen
den Betätigungen der Zuhaltung, in denen der Strom ganz abgeschaltet ist, eine erhebliche
Energieeinsparung und damit eine spürbar geringere Erwärmung.
[0007] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Zugangsschutzeinrichtung.
Fig. 2 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausführungsform einer Zuhaltung für ein Bauteil
zum Verschließen einer Öffnung.
Fig. 3 zeigt schematisch im Schnitt eine weitere Ausführungsform einer Zuhaltung für
ein Bauteil zum Verschließen einer Öffnung.
Fig. 4 zeigt eine Weg-Kraft-Kennlinie einer Elektromagneteinrichtung für die Zuhaltung
von Fig. 2.
Fig. 1 zeigt eine Zugangsschutzeinrichtung für einen begehbaren, verschließbaren Raumbereich
R einer maschinellen Anlage A (hierunter sind beispielsweise Maschinen oder Komponenten
wie Roboter zum Herstellen, Behandeln oder Bearbeiten sowie daraus bestehende und
gegebenenfalls auch chemische Anlagen od.dgl. zu verstehen). Der Raumbereich R ist
über mehrere Türen 1 als bewegliche Teile gegenüber feststehenden Wänden 2 als feststehendem
Teil zugänglich. Die gegebenenfalls umlaufend abgedichteten Türen 1 können durch Schwenken
bzw. Schieben geöffnet bzw. geschlossen werden. Zwischen den Türen 1 und einer benachbarten
Wand 2 befindet sich jeweils ein Sicherheitssensor S1, S2 und eine Zuhaltung Z für
die Tür 1. Außerdem ist eine Steuerung C vorgesehen, die mit der maschinellen Anlage
A und den Sicherheitssensoren S1, S2 gekoppelt ist, um die Zuhaltungen Z entsprechend
dem Betriebszustand der maschinellen Anlage A zum Öffnen der Türen 1 freizugeben bzw.
zu sperren. Wenn der Steuerung C ein Stillstehen der beweglichen Teile der maschinellen
Anlage A etwa über Stillstandswächter (nicht dargestellt) signalisiert wird, gibt
sie die Zuhaltungen Z frei, so daß der Raumbereich R durch Öffnen der Türen 1 begehbar
wird. Stehen zumindest Teile der maschinellen Anlage A nicht still oder sind ansonsten
vorzunehmende Vorkehrungen vor dem Öffnen der Türen 1 noch nicht getroffen, werden
die Zuhaltungen blockiert, so daß die Türen 1 nicht geöffnet werden können. Außerdem
verhindert die Steuerung C ein Inbetriebnehmen der maschinellen Anlage A bei wenigstens
einer geöffneten Tür 1.
Die jeweilige Zuhaltung Z umfaßt beispielsweise eine in einem Gehäuse 3 drehbar angeordnete
Kurvenscheibe 4 mit einer am Umfang befindlichen Ausnehmung 5 zur Aufnahme eines am
vorzugsweise beweglichen Bauteil, etwa der Tür 1, befindlichen Betätigers 6, der durch
eine Öffnung 7 in das Gehäuse 3 einführbar ist. Durch Einführen des Betätigers 6 beim
Schließen der Tür 1 wird die Kurvenscheibe 4 soweit verdreht, daß eine weitere Ausnehmung
8 am Umfang der Kurvenscheibe 4 in eine Position gegenüber von einem Ende eines als
Zuhalteelement dienenden Stößels 9 verdreht wird. Gleichzeitig wird durch die Verdrehung
der Kurvenscheibe 4 der Schalter S1 bzw. S2 betätigt, der eine Betätigung des Stößels
9 auslöst, so daß dieser in die Ausnehmung 8 einfallen kann.
Gegebenenfalls ist ein zweite Ausnehmung 8 am Umfang der Kurvenscheibe 4 vorhanden,
so daß bei darin eingefallenem Stößel 9 die Tür 1 nicht schließbar ist, d.h. der Betätiger
6 die Kurvenscheibe 4 beim Versuch, diese durch Einführen in das Gehäuse 3 zu drehen,
scheitert.
Der Stößel 9 wird durch ein Gehäuse 10 aus magnetisierbarem Material, etwa Eisen,
geradegeführt und trägt einen hülsenförmigen Anker 11 sowie an beiden Stirnseiten
hiervon einen Permanentmagneten 12, die an der jeweils freien Stirnseite gleiche Polarität
besitzen. Der Anker 11, ebenfalls aus magnetisierbarem Material, mit seinen beiden
Permanentmagneten 12 ist innerhalb des Gehäuses 10 mit dem Stößel 9, der aus einem
nicht magnetisierbaren Material wie einer Aluminiumlegierung oder Kunststoff bestehen
kann, um den zum Einfallen des Stößels 9 in die Ausnehmung 8 benötigten Hub beweglich
und von einer Magnetspule 13 umgeben.
Durch entsprechend gerichtete Bestromung der Magnetspule 13 wird der Anker 11 mit
dem Stößel 9 zwischen zwei Endstellungen bewegt, in denen jeweils einer der Permanentmagneten
12 mit dem Gehäuse 10 in Magnetschluß steht und in dieser Endstellung auch bei abgeschaltetem
Strom durch Magnetkraft gehalten wird.
Anstelle einer Magnetspule 13 können auch zwei verwendet werden, die in Stößellängsrichtung
hintereinander angeordnet und jeweils nur für eine Verstellrichtung vorgesehen sind,
so daß sie dementsprechend getrennt ansteuerbar sind.
Die stabilen Endstellungen des Stößels 9 ergeben sich infolge der Permanentmagnete
12 bei unbestromter Magnetspule 13. Die Permanentmagnete 12 sind hierbei unter Berücksichtigung
eines sich ergebenden geringen Luftspaltes zum Gehäuse 10 hin auszulegen.
Dementsprechend ist der so ausgebildete Stößelantrieb in seiner Empfindlichkeit gegenüber
Erschütterungen im Vergleich zu einem Halten mit abgesenktem Spulenstrom vermindert.
Außerdem kann es bei einer derartigen Zuhaltung nicht zu einem versehentlichen Einschluß
von Reinigungs- oder Wartungspersonal bei stromloser maschineneller Anlage A kommen,
da der Anker 11 nach dem Abschalten des Spulenstroms in seiner dann eingenommenen
stabilen Endstellung verharrt.
Auch ist ein ungewolltes Öffnen der Zuhaltung, wie es bei Ausfall des zum Halten verwendeten
Spulenstroms ermöglicht wird, ausgeschlossen, da die jeweilige Endstellung des Stößels
9 auch ohne Stromzufuhr stabil ist.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind in dem Gehäuse 10 zwei Magnetspulen
13, wie oben bereits erwähnt vorgesehen, wobei zusätzlich der Anker 11 mit den daran
befestigten Permanentmagneten 13 gegenüber dem Stößel 9 um den Stößelhub verschiebbar
ist. Hierbei ist der Stößel 9 in Stößellängsrichtung mit zwei zueinander beabstandeten
Langlöchern 14 versehen, deren Länge dem Stößelhub entspricht. Die Langlöcher 14 nehmen
jeweils einen Anschlag in Form eines Stiftes 15 auf, wobei zwischen den beiden Stiften
15 eine Feder 16 - im dargestellten Ausführungsbeispiel im Innern des Ankers 11 befindlich
und als Schraubenfeder ausgebildet um den Stößel 9 herum angeordnet - angeordnet ist.
Hierdurch kann die Bewegung des Ankers 11 bei blockiertem Stößel 9 direkt in eine
Verkürzung der Länge der Feder 16 umgesetzt werden, wobei der jeweilige im Inneren
des Ankers 11 an diesem anliegende Stift 15 im zugehörigen Langloch 14 verschoben
wird, während der gegenüberliegende Stift 15 aber die Lage der Feder 16 zum Stößel
9 durch sein Anliegen am Ende seines Langlochs 14 im Stößel 9 beibehält.
Die in der Feder 16 so speicherbare potentielle Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt
wieder in die Bewegung des Stößels 9 umgewandelt werden.
Hierdurch wird erreicht, daß bei beispielsweise infolge in der Zuhaltung auftretender
Reibung gehemmtem Stößel 9 eine zusätzliche Kraft zur Verfügung gestellt wird, um
den Stößel 9 zu bewegen. Dabei sollte die Vorspannung der Feder 16 geringer sein als
die Anfangskraft des Ankers 11 bei bestromter Magnetspule 13, aber gleichzeitig größer
als die zur Aufrechterhaltung der Endstellung des Stößels 9 benötigte Kraft. Gleichzeitig
sollte ferner die Endkraft bei zusätzlich gespannter Feder 16 geringer als die Haltekraft
des Ankers 11 in der Endstellung, aber gleichzeitig größer als die zur Überwindung
aller bewegungshemmenden Gegenkräfte zu Beginn der Stößelbewegung notwendige Antriebskraft
sein. Hierdurch erübrigt sich eine mehrfache Bestromung der Magnetspule 13, da eine
bewegungshemmende Gegenkraft bereits bei der ersten Bestromung infolge Federunterstützung
überwunden wird.
Anstelle von Stiften 15 können die Anschläge auch beispielsweise durch Scheiben oder
dergleichen Elemente gebildet werden, die bezüglich des Stößels 9 in Stößellängsrichtung
um den Ankerhub verschiebbar angeordnet sind.
Die Weg-Kraft-Kennlinie von Fig. 4 für einen beispielhaften Stößelhub von 4 mm zeigt
als Kurve A die Kennlinie der stromlosen Zuhaltung, so daß lediglich die Permanentmagnete
12 wirken, die in der jeweiligen Endstellung des Stößelhubs (entsprechend dem rechten
bzw. linken Rand des Diagramms) ihre größte Haftkraft (willkürlich gewählt) entwickeln.
- Die Kurven B bzw. C stellen die Kennlinien der Zuhaltung bei bestromter Elektromagnetanordnung
zum Verriegeln bzw. zum Entriegeln dar, wobei das rechte Ende der Kurve B bzw. das
linke Ende der Kurve C die jeweilige Anfangskraft der Elektromagnetanordnung zu Beginn
des Ver- bzw. Entriegelungsvorgangs darstellen. - Die Kurven D bzw. E zeigen die Federkennlinie
der Feder 16 für den Ver- bzw. Entriegelungsvorgang. Die Federkennlinie ist in dem
fraglichen Hubbereich allgemein eine Gerade.
